JP7237961B2 - Method and apparatus for post-weld heat treatment of aluminum alloy parts and welded aluminum parts treated according to the method - Google Patents
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Description
本発明は、溶接されたアルミニウム合金部品の溶接後熱処理のための方法及び装置並びにその方法に従って処理された溶接されたアルミニウム合金部品に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for post-weld heat treatment of welded aluminum alloy parts and welded aluminum alloy parts treated according to the method.
例えば、鋼と比較してアルミニウム合金の低い密度によって高い強度重量比が得られる。これは、自動車産業、海洋及び沖合構造物、橋梁並びに建築物においてなど、多くの構造用途においてアルミニウム合金を魅力的なものにする。しかしながら、溶接されたアルミニウム合金は、溶接プロセスによる「軟化域」の形成に起因して強度が大幅に低下する。この問題は、影響を受けない母材と比較して溶接域で耐荷力が著しく低いため、構造用アルミニウムの使用に深刻な制限があることを示している。 For example, the low density of aluminum alloys compared to steel provides a high strength-to-weight ratio. This makes aluminum alloys attractive in many structural applications, such as in the automotive industry, marine and offshore structures, bridges and buildings. However, welded aluminum alloys experience a significant loss of strength due to the formation of "softened zones" by the welding process. This problem presents a serious limitation to the use of structural aluminum due to the significantly lower load-bearing capacity in the weld zone compared to the unaffected base metal.
Eurocode 9など、アルミニウム合金に関する現在の設計基準では、この強度低下は、強度低下係数の導入によって説明される。これらの係数は、0.5程度と低い場合があり、母材強度の50%のみを利用できることを意味する。実際の係数は、合金の種類と加工条件とによって決まる。そのため、構造用アルミニウムの強度の完全な利用のために、溶接に関する革新的な解決策が必要である。 In current design standards for aluminum alloys, such as Eurocode 9, this strength reduction is accounted for by the introduction of a strength reduction factor. These factors can be as low as 0.5, meaning that only 50% of the matrix strength is available. The actual modulus will depend on the alloy type and processing conditions. Therefore, innovative welding solutions are needed to fully exploit the strength of structural aluminum.
本発明は、溶接に関連する強度低下の問題に対する可能な解決策を提示する。本発明は、金属不活性ガス(MIG)、タングステン不活性ガス(TIG)、レーザ及びハイブリッド法(例えば、レーザ及びMIG)、冷間金属移行(CMT)並びに摩擦撹拌溶接(FSW)法のような溶融溶接法を含む、いくつかの種類の溶接法に適用することができる。本発明では、溶接されたアルミニウム合金構造体の耐荷力を局部溶接後熱処理(PWHT)によって最適化するための新しい新規な方法及び装置が提供される。 The present invention presents a possible solution to the strength loss problem associated with welding. The present invention is useful for welding processes such as metal inert gas (MIG), tungsten inert gas (TIG), laser and hybrid processes (e.g. laser and MIG), cold metal transfer (CMT) and friction stir welding (FSW) processes. It can be applied to several types of welding processes, including fusion welding processes. The present invention provides a new and novel method and apparatus for optimizing the load-bearing capacity of welded aluminum alloy structures by localized post-weld heat treatment (PWHT).
本方法は、低下した耐荷力を有する熱影響域を有する溶接されたアルミニウム合金部品の溶接後熱処理を伴い、本方法では、熱影響域が特定され、且つ加熱源が前記熱影響域の少なくとも1つの第1の箇所に適用され、加熱源が、Tminを超える温度を発生させ、更に、加熱源が少なくとも時間tminにわたって前記箇所に保持される。 The method involves post-weld heat treatment of a welded aluminum alloy component having a heat affected zone with reduced load-bearing capacity, wherein the heat affected zone is identified and a heating source comprises at least one of said heat affected zones. A heating source is applied to two first locations to generate a temperature above T min and the heating source is held at said location for at least a time t min .
装置は、アルミニウム合金部品に対して相対的に移動可能であり、且つその部品の所定の位置に位置決めされることが更に可能である加熱源を含み、加熱源は、前記位置において部品に伝達される熱に影響を及ぼす温度及び休止時間に関して更に制御可能である。 The apparatus includes a heat source movable relative to the aluminum alloy part and further capable of being positioned at a predetermined position on the part, the heat source being transmitted to the part at said position. Further control is possible with respect to temperature and dwell time which affect the heat generated.
局部加熱では、誘導加熱、レーザ加熱、電気抵抗加熱、摩擦撹拌溶接工具などを含む異なる方法を使用することができる。この概念は、4xxx、6xxx及び7xxx系の時効硬化合金と、特に5xxx系の加工硬化合金とを含む異なる合金系に使用することができる。6xxx合金では、これらの種類の合金での熱影響域(HAZ)の大きい強度低下に起因して、潜在的な強度向上及びそれに伴う軽量化が特に著しい。軽量化は、構造物の重量低減に関して利点があるだけでなく、材料費にも直接関係する。 Different methods of localized heating can be used, including induction heating, laser heating, electrical resistance heating, friction stir welding tools, and the like. This concept can be used for different alloy systems, including the 4xxx, 6xxx and 7xxx series of age-hardened alloys and especially the 5xxx series of work-hardened alloys. The potential strength gains and concomitant weight savings are particularly significant in 6xxx alloys due to the large strength loss in the heat affected zone (HAZ) in these types of alloys. Weight reduction is not only beneficial in terms of weight reduction of structures, but is also directly related to material costs.
押出形材、圧延及び鋳造合金によって製造された薄板材料並びにこれらの組み合わせを含む、異なる種類のアルミニウム製品又は部品を使用することができる。 Different types of aluminum products or parts can be used, including extruded profiles, sheet material made by rolled and cast alloys, and combinations thereof.
この局部溶接後熱処理により、部品の耐荷力を大幅に増加させることができる。 This local post-weld heat treatment can significantly increase the load-bearing capacity of the component.
これらの及び更なる利点は、添付の特許請求の範囲において定義される本発明によって達成され得る。 These and further advantages can be achieved by the invention as defined in the appended claims.
本発明について、例及び図によって更に説明する。 The invention is further illustrated by examples and figures.
図1は、6060型合金の溶接部11にわたる硬さ測定の結果を図示しており、本発明によって解決すべき問題を説明している。溶接部からHAZ内の境界線12、13までの軟化域によって耐荷力が低下する。溶接部にわたる硬さ測定により、これらの軟化域が明らかになる。
FIG. 1 illustrates the results of hardness measurements across a
図2は、図1に示すように、長手方向溶接部11の両側に境界線12、13を有する熱影響域を図示している。これは、従来技術での脆弱域の箇所である。
FIG. 2 illustrates a heat affected zone with
図3は、本発明に係る局部PWHT後の、長手方向溶接部11の両側にある熱影響域の箇所を図示している。選択した局部溶接後熱処理(PWHT)のため、熱影響域の境界線22、23は、ここでは、ジグザグパターンとして図示されている。
FIG. 3 illustrates the location of the heat affected zone on either side of the
図4は、図2に示す溶接部11の耐荷力F1を図示している。
FIG. 4 illustrates the load carrying capacity F1 of the
図5は、境界線22、23と共に局部PWHTを受けた、図3に示す溶接部11の耐荷力F2を図示している。
FIG. 5 illustrates the load carrying capacity F2 of
この局部PWHTによって耐荷力の著しく高い交差溶接耐荷力が得られる(すなわちF2>>F1)ことを実証し得る。 It can be demonstrated that this local PWHT results in significantly higher cross-weld load carrying capacity (ie, F 2 >>F 1 ).
これは、脆弱域のより広い領域が力を分散させるように適合されることによる。いくつかの領域では、脆弱域は、荷重印加方向に平行である。 This is due to the fact that the larger areas of weakness are adapted to distribute forces. In some areas the zone of weakness is parallel to the direction of load application.
脆弱域の箇所は、次のように操作することができる。加熱源(例えば、誘導コイル)を所定のパターンに沿って移動させる。このパターンは、単純なパターン、例えば図6の左側部分に図示するような直線であり得る。この例では、まず加熱源が位置1に移動して、電源がオンにされる。次いで、電源が切られ、加熱源が位置2に移動して、この位置2で電源が再びオンなどにされる。これにより、右図に図示するように、新たな脆弱域パターンが生成され、実際のパターン32(最も右側)が理想的な矩形ジグザグパターン22から僅かにずれる。溶接部は、参照符号11で表されている。
The location of the weak zone can be manipulated as follows. A heating source (eg, an induction coil) is moved along a predetermined pattern. This pattern can be a simple pattern, for example straight lines as shown in the left part of FIG. In this example, the heating source is first moved to
加熱源が沿って移動するパターンは、複雑であり、且つ溶接部に対して直交するか又はある角度をなすパターンであり得る。パターンは、図7に図示するように湾曲形状でもあり得る(例えば、参照符号33を参照されたい)。また、これらのパターンは、溶接部11を1回又は数回横切ることもできる。加熱源は、この種のパターンに従う移動中にオンにされ得、且つ熱影響を与えるパターン間の移動中にオフにされ得ることを理解されたい。
The pattern along which the heating source moves can be complex and orthogonal or angled to the weld. The pattern can also be curved in shape, as illustrated in FIG. 7 (see, eg, reference number 33). These patterns can also traverse the
加熱源のパターンの形状(幅を含む)及び箇所と、変化し且つ位置の関数であり得る強度(すなわち出力)とは、溶接熱サイクルを算出するためのFEコードの組み合わせなどの異なるツールによって予め算出され得、次いで例えば
において説明されているように、物理ベースの材料モデルに入力される。
The shape (including width) and location of the heat source pattern, and the intensity (i.e., power), which can vary and be a function of position, can be pre-defined by different tools such as FE code combinations to calculate the weld thermal cycle. can be calculated, then for example
input into a physics-based material model, as described in
上述したモデル化概念は、最適化ツールと組み合わせて使用することもできる。加熱源パターンの最適な箇所、形状及び出力を求めるために、浅層ニューラルネットワーク又は同様のソフトウェアツールを使用することができる。 The modeling concepts described above can also be used in combination with optimization tools. A shallow neural network or similar software tool can be used to determine the optimal location, shape and power of the heating source pattern.
図8は、制御された方式で脆弱域の位置をどのように移動させることができるかを図示している。図8は、溶接方向に垂直な断面を開示している。開始点は、厚さ12.5mmのアルミニウム板に溶融溶接されたアルミニウムである。ピーク温度は、異なるグレースケールの領域として示されている。対応する温度は、左側のスケールバーによって明示されている(詳細については、
を参照されたい)。6xxx-T6アルミニウム合金では、HAZの最脆弱域は、通常、図に線(脆弱域の元の位置)で表すように、400℃の等温線の近傍に位置する。図に表されるおよその位置で表面に加熱源を適用することにより、HAZが再加熱される。この局所熱処理中に達した最高温度の等温線が白線で図示されている。これらの等温線は、同様のアルミニウム構造体に関する前回のシミュレーションに基づく大まかな推定値である。図に示すように、ここで、400℃の等温線の白線が溶接部中心線から更に離れた位置まで移動している。溶接部の最脆弱域がこの位置と厳密に一致する。
Figure 8 illustrates how the location of the vulnerable area can be moved in a controlled manner. FIG. 8 discloses a section perpendicular to the welding direction. The starting point is aluminum melt welded to a 12.5 mm thick aluminum plate. Peak temperatures are shown as areas of different gray scales. The corresponding temperatures are marked by the scale bar on the left (for details see
(see ). For 6xxx-T6 aluminum alloys, the zone of greatest weakness in the HAZ is usually located near the 400° C. isotherm, as represented by the line (original position of the zone of weakness) in the figure. The HAZ is reheated by applying a heat source to the surface at approximately the location represented in the figure. The maximum temperature isotherm reached during this localized heat treatment is illustrated by the white line. These isotherms are rough estimates based on previous simulations on similar aluminum structures. As shown in the figure, the white line of the 400° C. isotherm has now moved further away from the weld centerline. The weakest zone of the weld coincides exactly with this position.
上記で説明したように、脆弱域の位置を移動させて脆弱域を拡大することが可能であるだけではない。第1の局部熱処理後に第2の局所熱処理を使用することにより、第1の局部加熱サイクルで温度が約460~480℃を超えた領域において人工時効硬化を得ることができる(図9を参照されたい)。 As explained above, it is not only possible to move the position of the vulnerable area to expand the vulnerable area. By using a second localized heat treatment after the first localized heat treatment, artificial age hardening can be obtained in regions where the temperature exceeded about 460-480° C. in the first localized heating cycle (see FIG. 9). sea bream).
完全溶体化熱処理では、合金組成と、合金の加工方法とに応じて、おそらく520℃を超える温度が必要となる。初期温度条件が特に重要である。硬化粒子(すなわちT4条件でのクラスタ)は、T6又はT7と比較してT4では小さいため、T4条件では、Mg及びSiを固溶体にするためにT6又はT7と比較して低い温度が必要となる。 A full solution heat treatment may require temperatures in excess of 520° C., depending on the alloy composition and how the alloy is worked. Initial temperature conditions are of particular importance. Hardened particles (i.e. clusters at T4 conditions) are smaller at T4 compared to T6 or T7, so T4 conditions require a lower temperature compared to T6 or T7 to bring Mg and Si into solid solution .
しかしながら、第2の時効サイクルにある程度対応する「部分」溶体化熱処理は、約460~480℃までのより低い温度で行われる。 However, the "partial" solution heat treatment, which corresponds in part to the second aging cycle, is performed at a lower temperature, up to about 460-480°C.
図9の右側部分は、ある程度の時間にわたって温度が約180~250℃に維持される第2の局部加熱を図示している。降伏強度は、各位置における実際の温度サイクルに応じて大幅に高まる。加熱源が追従する位置(すなわちパターン)及び印加される出力は、通常、第2の加熱サイクルにおいて第1の加熱サイクルと比較して異なる。 The right part of FIG. 9 illustrates a second localized heating in which the temperature is maintained at about 180-250° C. for some time. Yield strength increases significantly with actual temperature cycling at each location. The position (ie pattern) followed by the heating source and the power applied are typically different in the second heating cycle compared to the first heating cycle.
図5に関して説明したような本発明に係る熱処理から始めて、溶接部に沿った垂直方向対称線が示される、溶接された板の半部の上面図を示す図10を参照する。ここで、位置0は、溶接金属を示し、1は、T4域を示し、位置2及び4は、溶接作業及びその次の熱処理後のHAZの外側境界を示す。位置3における「フィンガ」は、前述のT4域の荷重と同様の荷重に耐えるように熱処理されたHAZの領域を表す。位置5は、耐荷重特性が溶接作業の影響を受けていないT6域を表す。
Starting with the heat treatment according to the invention as described with respect to FIG. 5, reference is made to FIG. 10, which shows a top view of the welded plate halves, in which the vertical symmetry line along the weld is indicated. Here,
図に開示する長さL1、L2、L3及びLを基準にして、位置0~5での最終引張強度(UTS)について、以下:
0.UTS_溶接金属
1.UTS_T4
2.((L1+L2)*UTS_HAZ+L3*UTS_T4)/L
3.(L1*UTS_T6+L2*UTS_HAZ+L3*UTS_T4)/L
4.(L1*UTS_T6+(L2+L3)*UTS_HAZ)/L
5.UTS_T6
を設定することができる。
Based on the lengths L1, L2, L3 and L disclosed in the figure, the ultimate tensile strength (UTS) at positions 0-5 is as follows:
0.
2. ((L1+L2) * UTS_HAZ+L3 * UTS_T4)/L
3. (L1 * UTS_T6+L2 * UTS_HAZ+L3 * UTS_T4)/L
4. (L1 * UTS_T6+(L2+L3) * UTS_HAZ)/L
5. UTS_T6
can be set.
以下の数値例は、結果として生じる耐荷力の増加に対するPWHTの適用の効果を推定するために上記の関係をどのように使用できるかを示している。 The numerical example below shows how the above relationship can be used to estimate the effect of PWHT application on the resulting increase in load-bearing capacity.
例:L=200mm、L1=45mm、L2=5mm、L3=150mm、UTS_T4=200MPa、UTS_HAZ=150MPa、UTS_T6=300MPa。 Examples: L=200 mm, L1=45 mm, L2=5 mm, L3=150 mm, UTS_T4=200 MPa, UTS_HAZ=150 MPa, UTS_T6=300 MPa.
上記の関係から、本発明者らは、位置1~5での最終引張強度(UTS)について、以下の値:
1.UTS=200MPa
2.UTS=187.5MPa
3.UTS=221.3MPa
4.UTS=183.8MPa
5.UTS=300MPa
を得る。
From the above relationships, we find the following values for ultimate tensile strength (UTS) at positions 1-5:
1. UTS = 200MPa
2. UTS = 187.5 MPa
3. UTS = 221.3 MPa
4. UTS = 183.8 MPa
5. UTS = 300MPa
get
したがって、本例では、耐荷力に対応する部品の最小UTSは、183.8MPaである。PWHTが行われていない溶接された部品についての対応する耐荷力は、150MPaである。したがって、PWHTを行うことによる耐荷力の予測増加量は、22.3%である。 Therefore, in this example, the minimum UTS of the component for load bearing capacity is 183.8 MPa. The corresponding load-bearing capacity for welded parts without PWHT is 150 MPa. Therefore, the predicted increase in load-bearing capacity due to PWHT is 22.3%.
域1に別途の熱処理を行うことにより、この域における最終引張強度(UTS)を高めることが可能であり得る。図9の域1は、図3に示すHAZにおける、すなわち溶接部11とHAZ12の境界線との間の軟化域に対応する。この域において最適な溶接後熱処理を行うことにより、材料の強度は、T6と同様の強度まで向上させることができる。上記で説明した局部PWHT法の適用は、溶接金属、すなわち図10の域0における強度を高めるために利用することもできる。溶接金属に起こり得る強度向上は、それぞれ母材及びフィラーワイヤの組成により与えられる、この域における結果として得られる化学組成と、溶接金属中のフィラーワイヤと母材との相対比率を定めるいわゆる「希釈」とによって決まる。
By subjecting
最小強度のHAZ域と比較して完全に粒子が溶解した域の大幅な強化をもたらす急速PWHT処理の効果をシミュレーションによって検討した。図11では、2mmの板厚に基づく4つの試料と、5mmの板厚に基づく4つの試料とが与えられている。これらのグループの各々には、最小強度HAZ域(115MPa及び125MPa)の異なる2つの降伏応力値と更に直線状HAZ及び波状HAZとを有する、試料が存在する。波状HAZは、局部誘導加熱によって生じる。 Simulations investigated the effect of rapid PWHT treatment in leading to a significant enhancement of the fully grain dissolved zone compared to the HAZ zone of minimal intensity. In FIG. 11, 4 samples based on 2 mm thickness and 4 samples based on 5 mm thickness are given. In each of these groups there are samples with two different yield stress values in the minimum strength HAZ zone (115 MPa and 125 MPa) and also a linear HAZ and a wavy HAZ. A wavy HAZ is caused by local induction heating.
図12では、直線状HAZでの、115MPaのHAZ降伏応力に対する厚さ2mmの板の中央の有効応力が可視化されている。 In FIG. 12, the effective stress in the middle of a 2 mm thick plate is visualized for a HAZ yield stress of 115 MPa in a straight HAZ.
図13は、膨出したHAZでの、115MPaのHAZ降伏応力に対する厚さ2mmの板の中央の有効応力を可視化している。 FIG. 13 visualizes the effective stress in the center of a 2 mm thick plate for a HAZ yield stress of 115 MPa in a bulging HAZ.
図12及び図13に示すのと同様の可視化が8つの試料の全てに対して実行されている。 Visualizations similar to those shown in FIGS. 12 and 13 have been performed for all eight samples.
図14は、図11の試料に基づくシミュレーションの概要を開示している。図は、直線状HAZ形状では、横断方向強度がHAZ強度によって制限されるが、波状HAZ形状では、はるかに高い横断方向荷重応力が付与されなければ深刻な局部降伏が起こらないため、全体の耐荷力が大いに高められることを明確に図示している。この結果は、良好なエネルギー吸収も表しているが、横断方向伸びが最大局部歪の同じ値に対して約50%大きいからである。 FIG. 14 discloses a simulation overview based on the sample of FIG. The figure shows that for the straight HAZ profile, the transverse strength is limited by the HAZ strength, whereas for the wavy HAZ profile, severe local yielding does not occur unless a much higher transverse loading stress is applied, thus reducing the overall load bearing capacity. It clearly illustrates that the force can be greatly enhanced. This result also indicates good energy absorption, since the transverse elongation is about 50% greater for the same value of maximum local strain.
例えば、両方とも厚さ2mmの板に関係するが、直線状及び波状のHAZ形状をそれぞれ有する試料111及び121の比較により、横断方向の模擬応力荷重が189MPa~234MPaに増加したことを示している。
For example, a comparison of
本シミュレーションは、溶接されたアルミニウム部品の強度をHAZの幾何学的形状の修正によって高め得ることを裏付けている。これらの例は、残りの母材の形状が、好ましくは、ジグザグ形状又は鈍い形状ではなく、むしろ軟化域への直線状の細いフィンガであるべきであることを裏付けている。板の厚さに対するHAZの幅が大きいほど、強度が大幅に向上することが示されている。その効果は、内部(T4)領域の強度を高めるためにPWHTが適用される場合、より強くなると考えられる。 This simulation confirms that the strength of welded aluminum parts can be enhanced by modification of the HAZ geometry. These examples confirm that the shape of the remaining matrix should preferably be a straight thin finger to the softened zone rather than a zig-zag or blunt shape. It has been shown that the greater the width of the HAZ relative to the plate thickness, the greater the strength improvement. The effect is believed to be stronger when PWHT is applied to enhance the intensity of the inner (T4) region.
図15には、異なる荷重状態に適用できる、局部溶接後熱処理後の脆弱域22’、23’の箇所の例が示されている。溶接作業後の脆弱域の箇所は、符号12’、13’で表されている。実際の荷重力は、溶接部に対して横断方向若しくは平行である(溶接部11の各側面に相反する方向に作用する剪断力)か、又はこれらの組み合わせであり得る。力は、平面内又は平面外で作用することもできる。その力は、分散させることができるか又は集中荷重として作用することができる。 FIG. 15 shows examples of locations of weakened zones 22', 23' after local post-weld heat treatment that can be applied to different loading conditions. The locations of the weakened zones after the welding operation are designated 12', 13'. The actual loading force may be transverse or parallel to the weld (shear forces acting in opposite directions on each side of the weld 11), or a combination thereof. Forces can also act in-plane or out-of-plane. The force can be distributed or act as a concentrated load.
この力は、部品又は製品の表面に直交する方向に付与された圧力に起因しても作用し得る。加えて、この種の荷重は、部品又は製品に高速で作用する爆風荷重であり得る。 This force can also act due to pressure applied perpendicular to the surface of the part or product. In addition, such loads can be blast loads acting on the part or product at high velocities.
図16は、溶接部11に対して横断方向の力を受けた溶接された部品の断面を開示している。
FIG. 16 discloses a cross-section of the welded parts subjected to a force transverse to the
図17は、部品の表面に対して直交方向の圧力を受けた溶接された部品の断面を開示している。溶接部は、符号11’で開示されている。 FIG. 17 discloses a cross-section of the welded parts under pressure perpendicular to the surfaces of the parts. The weld is disclosed at 11'.
概念の実験的検証:
図18は、局部PWHTが適用されない場合の溶接部にわたる荷重印加中の歪分布を示している。溶接部を横断する荷重印加中の主応力は、横断方向加熱(局部PWHT)が適用されていない場合、デジタル画像相関法(DIC)によって得られた。
Experimental validation of the concept:
FIG. 18 shows the strain distribution during load application across the weld when no local PWHT is applied. The principal stress during loading across the weld was obtained by digital image correlation (DIC) when no transverse heating (localized PWHT) was applied.
この実験装置では、MIG溶接によって溶接を行った。しかし、他の溶接技術を用いても、例えば溶接が摩擦撹拌溶接によって行われる場合にも同様の応力パターンが生じるであろう。 In this experimental device, welding was performed by MIG welding. However, similar stress patterns will occur using other welding techniques, such as when the weld is performed by friction stir welding.
図では、歪の分布が異なるグレースケールで示されている。この図から、溶接部に平行な2本の線、すなわち溶接部の両側に位置する熱影響域(HAZ)に密接して沿う、白色領域に沿って歪が蓄積されていることが明白である。これは、局部加熱が適用されない場合の、すなわちPWHTなしの溶接方向を横断する荷重印加中の正常な状態である。 In the figure, the strain distribution is shown in different gray scales. From this figure it is evident that the strain builds up along two lines parallel to the weld: the white areas closely along the heat affected zone (HAZ) located on either side of the weld. . This is the normal condition during load application transverse to the weld direction when no localized heating is applied, ie, no PWHT.
図19は、図18の溶接部の箇所と、熱影響域における軟化域の箇所に対応する破断の位置の表示とを開示している。 FIG. 19 discloses the location of the weld of FIG. 18 and an indication of the location of the fracture corresponding to the location of the softened zone in the heat affected zone.
図20は、局部PWHTが適用された場合の溶接部にわたる荷重印加中の歪分布を開示している。図21は、溶接部の箇所と、付与された局部PWHTパターンの位置の表示とを開示している。破断の箇所も示されている。 FIG. 20 discloses the strain distribution during load application across the weld when localized PWHT is applied. FIG. 21 discloses the location of the weld and an indication of the location of the applied local PWHT pattern. The location of the break is also indicated.
図20及び図21は、摩擦撹拌源による横断方向の加熱に関して局部PWHTが適用されたことを別にすれば、それぞれ図18及び19と同様である。しかしながら、この局部PWHTのためにレーザなどの任意の適切な加熱源を適用することもできたであろう。図20に示す、結果として生じた歪パターンは、歪がほぼ規則的なパターンをもたらすため、図18のパターンと大幅に異なる。図21は、局部PWHTの痕跡及びMIG溶接部の位置並びに破断の位置も示している。 Figures 20 and 21 are similar to Figures 18 and 19, respectively, except that localized PWHT was applied for transverse heating by the friction stir source. However, any suitable heating source, such as a laser, could have been applied for this localized PWHT. The resulting strain pattern, shown in FIG. 20, differs significantly from that of FIG. 18 because the strain results in a nearly regular pattern. FIG. 21 also shows local PWHT signatures and locations of MIG welds and fracture locations.
図22は、上記で説明した異なる2つの場合、すなわち局部加熱源の不適用(破線)及び本発明による溶接部を横断する局部加熱源の適用(実線)についての記録された応力対伸びを示している。 FIG. 22 shows the recorded stress versus elongation for the two different cases described above: no application of a localized heat source (dashed line) and application of a localized heat source across the weld according to the invention (solid line). ing.
図18及び図20に示す異なる歪パターンは、図22に示すように、横断方向の荷重印加中に異なる反応をもたらす。この図から、局部PWHTパターンを有する試料は、有しない試料よりも良好な全体性能を呈することが明白である。したがって、最大応力と破断伸びとの両方は、本発明に係る局部PWHTを伴う試料の方が、伴わない試料と比較して良好であった。 Different strain patterns shown in FIGS. 18 and 20 result in different responses during transverse loading, as shown in FIG. From this figure, it is clear that samples with localized PWHT patterns exhibit better overall performance than those without. Therefore, both the maximum stress and the elongation to break were better for the samples with localized PWHT according to the invention compared to those without.
実際には、熱影響パターンの設計及び配置は、実際の設計荷重に関して最適化されなければならず、異なるアルミニウム合金と、多材料による解決策の異なる組み合わせとによって異なり得ることを理解されたい。 In practice, the design and placement of the heat effect pattern must be optimized for the actual design load, and it should be understood that it may differ for different aluminum alloys and different combinations of multi-material solutions.
更に、加熱源は、本発明に係る結果をもたらす任意の構成で移動させることができる。例えば、加熱源は、伝播移動と組み合わせることができる基本循環パターンで移動させることができる。 Additionally, the heating source can be moved in any configuration that yields results according to the present invention. For example, the heating source can be moved in a basic circular pattern that can be combined with propagating movement.
Claims (19)
- 前記熱影響域を特定するステップと、
- 前記熱影響域の少なくとも1つの第1の箇所に加熱源を適用するステップと、
- 前記加熱源が、Tminを超える温度を発生させるステップと、
- 前記加熱源が少なくとも時間tminにわたって前記箇所に保持されるステップと、
- 前記加熱源が時間tminの経過後に前記第1の箇所から除去され、且つ前記第1の箇所から所定の距離にある、前記溶接部の前記延在部に沿った第2の箇所に適用されるステップと
を備えた局部溶接後熱処理によって特徴付けられ、
前記局部溶接後熱処理によって、前記熱影響域の領域が、前記溶接部にわたる改善された力分布のために拡大される、方法。 1. A method for post-weld heat treatment of welded aluminum alloy parts, the weld having an extension (e) having a heat affected zone of reduced load-bearing capacity, said method comprising:
- identifying the heat affected zone ;
- applying a heating source to at least one first location of said heat affected zone;
- said heating source generates a temperature above Tmin ;
- said heating source is held at said location for at least a time tmin;
- the heating source is removed from the first point after a time tmin and applied to a second point along the extension of the weld at a predetermined distance from the first point; step and
characterized by a local post-weld heat treatment with
The method , wherein the local post-weld heat treatment enlarges the area of the heat affected zone for improved force distribution across the weld.
前記装置は、前記部品に対して相対的に移動可能であり、且つ更に前記溶接部に沿った前記部品の所定の位置に位置決めされることが可能である加熱源を含み、前記加熱源は、更に前記位置において前記部品に伝達される熱に影響を及ぼす温度及び前記加熱源を前記部品の前記所定の位置に保持する時間に関して制御可能であり、
前記局部溶接後熱処理によって、前記溶接部に沿った熱影響域の領域が、前記溶接部にわたる改善された力分布のために段階的に拡大される、装置。 Apparatus for post-weld heat treatment of welded aluminum alloy parts having a heat affected zone with reduced load-bearing capacity according to the method according to claims 1-7, wherein the weld zone comprises an extension (e) has
The apparatus includes a heat source movable relative to the component and further positionable at a predetermined location on the component along the weld, the heat source comprising: further controllable with respect to the temperature affecting the heat transferred to the component at the location and the time the heating source is held at the predetermined location on the component ;
The apparatus of claim 1, wherein the local post-weld heat treatment progressively enlarges the area of the heat affected zone along the weld for improved force distribution across the weld.
前記局部溶接後熱処理によって、前記溶接部に沿った熱影響域の前記領域は、前記溶接部にわたる改善された力分布のために段階的に拡大され、それにより前記部品の耐荷重特性の向上を提供することを特徴とする、溶接されたアルミニウム合金部品。 In a welded aluminum alloy component having a heat affected zone treated according to the local post-weld heat treatment according to any one of claims 1 to 7,
The local post-weld heat treatment causes the area of the heat affected zone along the weld to be progressively enlarged for improved force distribution across the weld, thereby enhancing the load-bearing properties of the component. A welded aluminum alloy component, characterized in that it provides:
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